TW426642B - Wastewater treatment method and plant thereof - Google Patents
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Description
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4, 26 6 4- 2 A7 ---—--B7____ 五、發明說明(1 ) 本發明係指一種廢水處理方法及其裝置。 此處所稱「廢水」包括下水道污水及其它任何受污染 的水。是以,所稱處理工場可用來處理各式各樣廢水,包 括都市廢水與工業廢水。 本發明之目的即在於使廢水回收再利用。 本發明尤其適用,但並非專供用於所謂的「用水開採 (water-mining)」工場之廢水處理。然而,本發明亦可用 於當作「管線末端(end of p丨pe)」設施。 所稱「用水開採」係指一種與習用處理截然不同的廢 水處理法。傳統上’是從廢水源以網狀系統將廢水輸送到 遠處「管線末端」的處理場,再於該處加以處理和分離成 若干副產品。 其中一種副產品便是適於灌慨、工業用或其它用途的 水。然而,由於網狀系統的成本很高,因而很少將這種處 理過的水回流到其來源處。 「用水開採」法係運用一種小型「社區」現場專用式 工場,以供對這社區所產生的廢水,能在處理後從中「開 採」有用的水’再由生產這廢水的社區重新利用。這種回 收水或許可供飲用,或只適於非飲用目的。 應瞭解的是,用水開採法可減低用水輸往社區之網狀 系統以及廢水運離社區之網狀結構的需求。 因而有人想將許多小型「社區」處理場的作業與「管 線末端」處理場結合。在此情況下,小型「社區」處理場 便不需具有處理大量固體物的能力。反之’對於該等小型 4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格(210 X 297公爱) ----- I I I I I l· in — — — — — — — — — —--線 ί猜先閱靖背面之泼意事項再填寫本頁} 426642 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明(2 ) 「社區」不易處理或清除的固韙物或其它任何成分,便可 轉給「管線末端」處理場處理。或者,這社區處理場本身 便可能是個「管線末端」處理場。 是以’「用水開採」法的本質就是從廢水起源處或其 附近開採有用的水。除了能將水回收再利用外,這種方法 還能減低網狀系統的負荷與「管線末端」處理場的負荷。 雖然「用水開採」法具有工場密集之性質,但應瞭解 的是,與廢水處理系統有關的鉅額資本費用,多半在於網 狀系統。 如前所述的「社區」處理場,最好是屬於精巧、維護 少、暢通無阻、可遙控、且實質無臭味。最好它可以模組 化,因而幾乎不需備置場址。 習用的現代化廢水處理系統’通常均牵涉到某種形式 的生物硝化及脫氮過程,以便清除廢水中的氨。 在硝化階段’氨會與氧起反應,據以產出氮氧化物, 尤其是硝酸鹽。而在脫氮階段’氮氧化物則會被分解成無 氧的組成元素。 習用廢水處理系統的規模大’因此不能應付適於用水 開採之處理場的需求。 本發明的其中一方面是指一種廢水處理方法,包括: 在加壓條件下以生物方式處理廢水;接著 減壓並運用這減壓而以溶解氣體浮離方式實質清除 固體物。 利用乳的尚分壓可加速完成這種生物處理,而隨後的 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) ----I ,裝!—訂 i· — ! — — -線 ..V (請先閱讚背面之注意事項再填寫木頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(3 減壓則可發揮增效作用而對經過生物處理的水予以澄 清。 該方法最好包括: 進一步減壓並運用這進一步減壓來驅動一個過濾和/ 或消毒處理過程。 這種加壓生物處理最好包括: 在加壓條件下添加氧並以生物方式將廢水ΐ肖化,以便 實質消除氨。 另外,這種加壓生物處理最好還包括: 在加壓條件下以生物方式將廢水去氧,以便實質消除 溶氧;以及 在加壓條件下以生物方式使去氧廢水脫氤,以便實質 消除可溶氧化氮。 或者’這種加壓生物處理得為完全需氧式,以便只清 除化學需氧量。 該方法最好另包括: 使一部份的硝化廢水再循環,以便與廢水混合並進一 步在加壓條件下進行生物處理。 在所舉的較佳實施例中,這種生物處理是發生於一具 流化床生物反應器中。 本發明的另一方面是指一種廢水處理工場,包括: 加壓生物處理裝置;以及 可供接收經該加壓生物處理裝置處理過之廢水的減 壓裝置’該減壓裝置構成一具溶解氣體浮離裝置,以供澄 ------------^ ----1訂- I — I — 丨-線-I (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 五、發明說明(4 ;) 清經處理的水》 該工場最好另包括進一步減壓裝置,且這進一步減壓 裝置是具過濾器 前述加壓生物處理裝置包括可在加壓條件下以生物 方式將廢水硝化以便實質消除氨的硝化裝置,以及把氧添 加到硝化裝置内的加氧裝置。 另外’這加壓生物處理裝置最好還包括: 在加壓條件下以生物方式將廢水去氧以便實質消除 溶氧的去氧裝置;以及 以加壓條件下以生物方式將去氧廢水脫氮以便實質 消除可溶氧化氮的脫氮裝置。 或者,這種加壓生物處理得為完全需氧性,以便只清 除化學需氧量。 在所舉的較佳實施例中,這工場尚包括: 可將第一部份硝化廢水予以再循環的再循環裝置^ 硕化裝置最好是種流化床反應器。 減壓裝置最好是種緩衝櫃。 或者,本案夺可進一步包括第三重處理裝置,將第二 部份硝化廢水予以進一步減壓而為進—步處理^ — ^本發明的又一方面是指一種現場專用廢水處理工 場,包括: 可供接收某一現場送來之廢水的進口裝置; 以生物方式將廢水去氧,以便實質消除溶氧的去氧裝
本紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格⑵〇 X 297公爱) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42664 2 A7 _______B7___ 五、發明說明(5 ) 以生物方式將去氧廢水脫氮,以便實質消除可溶氧化 氮的脫氮裝置; 可供添加氧的加氧裝置,以及在加壓條件下利用生物 方式將脫氮廢水予以硝化,以便實質消除氨的硝化裝置; 至少將一部份硝化廢水的壓力予以減低,以便利用溶 解空氣浮離方式將固體物清除的減壓裝置;以及 將經過處理的廢水送回該現場的出口裝置。 本發明的再一方面是指一種廢水處理工場,包括: .可將廢水與再循環硝化廢水混合的混合裝置; 以生物方式將廢水及再循環硝化廢水之混合水去 氧’以便實質消除溶氧的去氧裝置; 以生物方式將去氧廢水脫氮,以便實質消除可溶氧化 氮的脫氮裝置; 可供添加氧的加氧裝置,以及在加壓條件下利用生物 方式將脫氮廢水予以硝化,以便實質消除氨的硝化裝置; 可將一部份硝化廢水予以再循環到混合裝置中的再 循環裝置;以及 可將另一部份硝化廢水的壓力予以減低,以便利用溶 解空氣浮離方式將固體物清除的減壓裝置。 茲舉實施例並配合圖式,將本發明詳細說明於後,其 中: ' 圖式簡單說明: 圖1是本發明所述廢水處理方法及工場用於城市環境 之示意圖。 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公髮)^
!!! i·-^^ ! t ·! I -r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁J Λ7
426642 經濟部智竑財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(6 ) 為能徹底着出本發明具創意的部份,另列入標明為 「模組1」的初級處理,以及「模組3」的三次處理。 初級處理牽涉到以習用方式吸取廢水和進行初級處 理過程(例如沉澱、篩濾等)。然後將初級處理過的廢水以 泵浦抽送到「模組2 J進行二次處理。 三次處理牽涉到以顆粒床或臈片過濾之類習用方式 所進行的過濾,以及消毒。過濾器則可利用流回到廢水總 管的反流予以定期回洗。 現請參閱「模組2」有關本發明之較佳實施例,其包 括三具加壓生物反應器12,14’ 16和一具屬於緩衝櫃形 式的減麼裝置18。此處應瞭解的是,生物反應器的數量不 受限制,且無需全都加壓。 從「模組1」經過初級處理而流出的廢水流4〇,先與 再循環的硝化廢水流42相互混合,形成混合水流44後再 送入去氧裝置12内。該去氧裝置12係採用流化床生物反 應器的形式,在0到1 〇〇〇 kpa之間的壓力條件下操作’但 最好是在500 kpa的壓力。 廢水在系統内各點的溫度,可由加熱裝置22控制。雖 然如圖所示的加熱裝置22係採用感應線圈的形式,但其它 形式亦可採用’例如加熱反應器水套,並可設在系統中的 任一點或若干點。 將混合水流44送到去氧裝置12時,該處即以生物處 理方式讓溶氧與混合水流44脫離,致使出水水流46中的 溶氧量有效變為零。相對於混合水流44,這廢水的生化需 9 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -------lull i I 1 ! ^- I n I I I I I ^ i (清先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) /1 2 A7 B7 五、發明說明(7 ) 氧量也跟著降低,但氨和可溶氡化氮的量實質上郤維持不 變。可溶氧化氮主要是硝酸鹽,但可能也有一些亞硝酸 鹽。 接著將出水水流46引入脫氮裝置14内,該脫氮裝置 14係採用流化床生物反應器的形式,也在〇到1〇〇〇 kpa之 間的壓力條件下操作,但最好是在500 kpa的壓力。 去氡和脫氮作用可用同一反應器進行(參閱反應器12 和14之間所延伸的虛線)。 脫氮裝置14係以生物處理方式將可溶氧化氮(主要是 硝酸鹽)變成氣體氮,屆時除了其中一些會流到濁氣處理 處20外,大部份均會留在溶液裡。 相對於水流46’出水水流48的可溶氧化氮和溶氧含 量實質為零,反之生化需氧量郤只微量減低,而氨含量則 實質維持不變。 接著將出水水流48送入硝化裝置16内,該硝化裝置 16係採用流化床生物反應器的形式,壓力維持在〇到彳〇〇〇 kpa之間,但最好是維持500 kpa的壓力。然後把壓縮空氣 30形式的氧注入硝化裝置内。由於硝化裝置的高壓,導入 的空氣大部份會被溶解。當然,亦可使用純氧β 确化裝置16將氨變成可溶氧化氮,致使出水水流50 的氦和生化需氧量實質為零,反之可溶氡化氮及溶氧含量 則跟著提升。屆時未溶解的氣體可流到濁氣處理2〇處。 這時出水水流50會被分成再循環水流42和另一股準 備送往属於緩衝櫃形式之減壓裝置]8處的水流52。 10 本紙浪用Τ闯固豕铩準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) f請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) ----訂---------镇' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 426642 五、發明說明(8 ) 於24這地方添加化學添加劑,即可把水流52令的填 除掉。 將再循環之廢水的比例加以控制,即可達到所欲的性 能。水流40與水流42之比預計是在1 : 1到1 : 2之間。 以0-200 kpa之間(最好是1〇〇 kpa)的壓力來操作減壓 裝置18,水流中大量的溶解氣體即可從溶液中釋出。因 此’減壓裝置在流體上方具有加壓氣體空間。由於減壓會 使溶解的空氣流動’據以除去固體物。也就是說,形成氣 泡黏結到固體物上,使該等固體物升到減壓裝置的頂部, 再將其除去並送回到廢水總管處。減壓裝置18係採用習知 緩衝櫃的形式,使其能在三次過濾器進行回洗期間與各種 水流變化配合。 從減壓裝置18流出的水流54,會再經由一控制閥28 而流出並接受三次處理過程。 由於減壓裝置18是在1〇〇 kpa的壓力條件下操作。因 此’可用進一步減低的壓力來驅動三次處理過程(過濾)。 例如’過濾的下游側可以是大氣壓力。等過濾後,再將處 理過的廢水予以消毒及儲存,以備使用。 以下所舉者僅係以水流40和水流42比為1 : 1之基礎 而提出的實施例。實際的比與實際的數值可能會有所差 異。 註:所有的測量均以每公升毫克為單位β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^----1---------- 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 11 42664 2 A7 一.. B7 i、發明說明(9 水流40之組分 水流42之組分 水流44之組分 水流46之組分 水流48之組分 水流50之組分 氨 30 0 15 15 15 0 硝酸鹽生化需氧量溶氧量 0 16 7.5 7.5 0 15 150 10 80 60 50 10 0 40 20 0 0 40 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 按照這較佳實施例所提出之處理過程,若與習用廢水 處理過程比較,其優點在於壓力和溫度二者均予控制,因 而有助於達到最佳化的處理效果。此外,除了能獲得高品 質的廢水放流水’也能減少滯留時間,同時發揮增進氮化 作用和改良除磷能力的特點。再者,由於有機含量低,因 而也能大幅降低淤泥的產量。尤有進者容器内的污染物可 被送往濁氣處理處’並實質消除了其所產生的臭味^ 滞留時間的減低,尚品質的廢水放流水,無需回洗即 可增進除掉固體物的能力,有機含量少而使淤泥產量大幅 降低,以及良好的臭味控制效果等,在在都是商業化考量 的重要因素。 與習用的處理系統比較,本發明所需的構造小許多’ 因而可供應用在都市和選定的工業環境中,尤其是在那些 講究空間或美學的環境。此外,構造較小也易於模組化, 因而減低了備置場址的需求。 此較佳實施例的一項特點便是採用流化床作為生物 反應器。流化床是運用小顆粒的媒質以供在其上建立生物 12 本紙張尺度適用中_家標準(CNS>A4規格(2*ϊ。x 297公楚〉 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) - -I ;... '*¥_1------1 fc _ 426642 A7 B7 五、發明說明(10 ) 量(bioiiiass)。因為基床上存有數千個離散的粒子,所以 生物量的有效濃度可以達到極高的程度。當廢水流過這基 床時’廢水本身的流速或借助需氧系統中的空氣,均會使 這基床流體化。基床的流體化能使廢水跟作為媒質的生物 量產生非常良好的接觸。此外’流化床的耐磨蝕性質也能 抑制阻塞性的生長,故易於按照所需而在顆粒媒質上形成 薄薄的生物膜。 維持控制生物膜的厚度是重要的。就這方面而言,如 果未檢查生物膜的生長情形’顆粒媒質粒子的尺寸即會增 加,因而使粒子所受的阻力跟著增加。於是,粒子基床便 會過度流體化,使基床擴大而從反應器溢流出來。 本發明之實施例係採用二次和三次生物膜控制來控 制生物膜的生長。二次生物膜控制所採用的形式是能將過 度生物膜生產從粒子上敲除的氣體(最好是空氣)沖洗,三 次生物膜控制則可以葉輪泵浦。使能引導粒子,並在讓等 粒子回流之前先以機械方式將其磨蝕。 流化床之生物量的濃度’據估計約為濃度固定生長反 應器或懸浮生長系統之濃度的十倍。因此,可達到高出許 多的體積負載。 本發明這項較佳實施例的另一個特點便是採用加壓 反應器來增進生物活性,尤其是硝化作用。(硝化作用是 將氨變成可溶氧化氤,反之脫氮作用則是將可溶氧化氮變 成氣體氮)。如前所示,相較於在大氣壓力條件下的運作, 生物膜右在加壓環境下運作,硝化速率約增加2 5到3倍。 13 本紙張尺μ财關家標準(cNS)xrg^r297公楚 (諳先閲讀背面之it意事項再填寫本頁) Μ---- 訂---------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 426642 五、發明說明(11 ) 設計用於硝化作用的生物反應器,(因可溶有機碳污染物 的原故),已知其尺寸通常是以硝化作用的要求,而非以 生化需氧量去除設備加以控制,這概念在反應器的尺寸決 定上具有重要的含意《此外,反應器的加壓作用也可能會 因加壓系統裡能達到較高的氧化程度,以致有助於去除那 些較不易生物分解的可溶有機物(例如表面活性劑)。 在加壓條件下何以能增進硝化作用的理由,很可能是 因硝化有機體的生長率取決於溶氧濃度。氧的飽和濃度則 依靠氧在周圍環境中的絕對分壓。對一具可讓空氣流通的 反應器加壓時’氧的絕對分壓即增加,從而提升溶氧的徵 和濃度。在五大氣壓力時’最高溶氧濃度約為每·公升50 毫克’此為一大氣壓力時的五倍。 生物反應器系統經加壓而運作時,將會具有一種固有 的增效優點,其令在進行諸如膜片微過濾這類三次處理過 程之前先行跟著減壓的減壓反應器(減壓裝置卜實際上將 會發揮如同溶解空氣浮離裝置的性能。生物反應系統處於 尚壓時在廢水流中的氧氣和氮氣(及其它任何氣體),等壓 力一減低’便會從溶液中跑出。在進行諸如臈片微過濾這 類三次處理過程之前,這這效果是種能將廢水予以澄清並 去除固體物的極佳方法,應能減輕該等過程的固體物負 載,因而進一步增進了性能。減壓反應器保留適當的壓 力’也具有能驅動三次處理過程的利益。 溫度對微生物活性的影響已為人熟知,但只能選擇性 的應用在習用廢水應用用途。然而’為使處理過程的性能 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) j - - ... I :裝! —訂·!-線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14
^26642
五、發明說明(12 ) 員 製 達到最佳化效果,控制溫度的利益是個重要因素。 具有某些控溫性能的加壓操作式生物反應器之構 造,可顯著減小該等生物反應器的尺寸。此外’因為這系 統在處理過程中所需的氣流率原本較小,所以從這處理過 程中產生臭味的可能性也較低,故跟習用的處理過程,例 如曝氣生物過濾器相比’所產生可能帶有異味的臭氣量便 會減少。另因在較高操作壓力條件下能達到較高的氧傳遞 率,所以這處理過程所需的空氣也較小。再者,如前所述, 處理過程中存於加壓反應器裡的污染物,更能在受控 下通到濁氣處理處。 本發明採用流化床反應器的一項優點’便是不需回 洗,因而大量節省了儲存體積和提升生產能力。就這方面 而言,不同於其它系統,流化床並不當作過濾器,因此不 需為了清除積聚物而加以回洗。 本發明這項較佳實施例的性能亦可隨著再循環量的 變化而改變。就此而言,水流4〇和水流42之比是氮清除 程度的重要決定因素。 ’ 以上配合圖式所舉之實施例,僅用以說明本發明,並 非用以限制本發明。舉凡不違本發明精神所從事之修改或 變更’俱屬本發明申請專利範圍" 圖式元件標號說明: 模組(1) 1加熱器 22混合水流44 模組(2) 2化學添加劑24 Α水水流46 模組(3) 3控制閥 26出水水流48 15 本紙張尺度適ifit國家標準(CNS)A4規格⑵G χ挪 ΙΊ _ — — — — — — — t - 11 (諳先閱請背面之泛意事項再填寫本頁) A7 426642 _B7 五、發明說明(13 ) 去氧裝置 12 控制閥 28 出水水流 50 脫氧裝置 14 壓縮空氣 30 水流 52 硝化裝置 16 循環幫浦 32 水流 54 減壓裝置 18 廢水流 40 濁氣處理處 20 廢水流 42 ------------裝-----III 訂---------0 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 1·一種廢水處理方法,包括: (1)在加塵條件下以生物方式處理廢水; 在加壓條件下添加氧並以生物方式將廢水碗化,以便 實質消除氨: (2>在加壓條件下以生物方式將廢水去氧,以便實質 消除溶氧;及 在加壓條件下以生物方式使去氧廢水脫氮,以便實質 消除可溶氧化氮; (3) 然後減壓至超大氣壓力,並運用這減壓而以溶解 氣體浮離方式實質清除固體物:以及 (4) 進一步減壓並運用這進一步減壓來驅動—個過濾 和/或消毒處理過程。 2.如申請專利範圍第1項之方法,另包括: 使一部份的硝化廢水再循環,以便與廢水混合並進一 步在加壓條件下進行生物處理。 3·如申請專利範圍第1項之方法,其中所述之生物處 理是發生於一具流化床生物反應器中。 4. 如申請專利範圍第1項之方法,其中所述之生物硝 化作用是發生於一具流化床生物反應器中。 5. —種廢水處理裝置,包括: (1) 加壓生物處理裝置,可在加壓條件下以生物方式 將廢水硝化以便實質消除氨的硝化裝置,以及把氧添加到 硝化裝置内的加氧裝置; (2) 在加壓條件下以生物方式將廢水去氧以便實質消 17 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (諝先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 6 6 4 2 || __ D8 六、申請專利範圍 除溶氧的去氧裝置;及 在加壓條件下以生物方式將去氧廢水脫氮以便實質 消除可溶氧化氮的脫氮裝置; (3) 可供接收經該加壓生物處理裝置處理過之廢水至 超大氣壓力的減壓裝置,該減壓裝置構成一具溶解氣體浮 離裝置,以供澄清經處理的水;以及 (4) 另包括進一步減壓的三次處理裝置,以便進一步 處理第二部份的硝化廢水。 6·如申請專利範圍第5項之裝置,另包括: 可將第一部份硝化廢水予以再循環的再循環裝置。 7. 如申請專利範圍第5項之裝置,其中所述之硝化裝 置是一種流化床反應器。 8. 如申請專利範圍第5項之裝置,其中所述之減壓裝 置是一種緩衝榧。 9·一種廢水處理裝置,包括: (1) 可將廢水與再循環硝化廢水混合的混合裝置; (2) 以生物方式將廢水及再循環硝化廢水之混合水去 氡’以便實質消除溶氧的去氧裝置; (3) 以生物方式將去氡廢水脫氮,以便實質消除可溶 氧化氮的脫氮裝置; (4) 可供添加氧的加氧裝置,以及在加壓條件下利用 生物方式將脫氮廢水予以硝化,以便實質消除氨的硝化裝 置; (5) 可將一部份硝化廢水予以再循環到混合裝置中的 18 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格(21G X 297公楚) (锖先閱绩背面之注f項再填寫本頁) ----訂----------線 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 AS BS 42664 2 g88 六、申請專利範圍 再循環裝置;以及 (6>可將另一部份硝化廢水的壓力予以減低至超大氣 壓力,以便利用溶解空氣浮離方式將固體物清除的減壓裝 置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 襄 Μδ_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19 本紙張尺度適用中國國家標Γ準(CNS)A0見格(210 X 297公釐)
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